碳素循環

碳經過地表沉積物、地表岩層和地殼進行的循環。它受成岩作用、變質作用、造山作用和造陸作用的推動，是一個極緩慢的地質變化過程，由岩石風化和火山爆發（產生二氧化碳）與地殼外循環連接。

碳素循環途徑(5張)

碳通過大氣、水域和陸地生物圈進行的循環。在這個過程中，大部分有機含碳化合物以較高的速度進行合成及分解。一小部分有機含碳化合物經海洋沉積，進入地殼內循環。

綠色植物進行光合作用，將大氣中的二氧化碳合成碳水化合物，構成植物細胞結構及貯藏物質，土壤、淡水中的光合細菌及藻類也能固定二氧化碳，但其量甚微。這些植物和藻類像一個巨大的碳泵、把濃度很低的二氧化碳集中起來（空氣中碳的重量百分比為0.03，而生物物質碳的重量平均百分比為24.9），特別是四碳植物能在二氧化碳含量為百萬分之幾的環境中進行光合作用。二氧化碳固定速度隨植被及地區而異，熱帶雨林生長迅速,每年每平方米可固定碳1～3.5千克,凍土沙漠則僅固定10克碳左右。地球陸地全年總固碳量約630億噸。其中一部分作為動物的食物,變成動物的組成成分。一部分進入微生物體內。植物、動物和微生物的有機質構成陸地總生物量。

植物的枯枝敗葉、動物的排泄物及動、植物殘體都是環境中的有機廢物，不斷進入土壤並被微生物分解。土壤中的真菌和異養細菌是上述有機質的主要分解者。進入土壤的有機質分為可溶性及不溶性兩大類。可溶性有機質包括簡單的糖類、有機酸和氨基酸等，其分子量不大，可被大多數微生物直接吸收、代謝。不溶性有機質數量較大，主要為蛋白質、核酸、油脂、澱粉、纖維素、半纖維素、木質素以及幾丁質等。這些物質分別靠土壤中具有相應酶活性的微生物羣進行分解。例如，纖維素誘導纖維素分解菌合成纖維酶，分泌至細胞外，將纖維素分解成纖維二糖，然後進一步分解成單糖，單糖像其他可溶性物質一樣，可進入微生物的細胞代謝。難分解的芳香族化合物通過微生物的轉化形成腐殖質，構成土壤有機質主體。腐殖質仍可被微生物分解，不過相當緩慢。微生物分解有機質,一部分碳構成微生物細胞結構,被暫時固定；一部分碳通過呼吸作用變成二氧化碳釋放。待微生物死亡後，有機質又遭分解，釋放出二氧化碳。

有機質的分解速度因條件而異，熱帶雨林區分解快；寒冷地區分解慢；常年積水、通氣不良的沼澤地帶和酸度太高的土壤中，有機質很少分解，作為草炭被積累起來。

海洋幾乎是一個封閉系統，碳可以自給自足。海洋中有機質的主要生產者是海水錶層的浮游生物，它們吸收溶解在水中的二氧化碳，進行光合作用。海洋浮游植物的生產能力隨區域和季節而異，礦質營養豐富的區域，每年二氧化碳固定量可達0.5～1千克/米2,營養貧乏的區域二氧化碳的固定量僅達上述量的10%或更少。全部海洋中每年固定的碳約450億噸。海洋中的浮游植物為浮游動物的食物，它們進行光合作用時放出氧供動物呼吸，動、植物呼吸放出的二氧化碳又供植物合成。海洋中大部分生物羣為微小生物，它們生命時間短，死亡後或自溶或被分解，未被分解的則下沉至深海，以有機質沉積物的形式，進入地殼內循環。

人類活動影響碳素循環的平衡，尤其是燃料礦石的燃燒使大氣中二氧化碳的含量增加。1860年以前，大氣中的二氧化碳含量在 0.03%以下，現在已增至0.033%。大氣中二氧化碳含量增加造成全球範圍的氣温升高，也帶來其他一系列的後果，已引起各國的重視。